電子技術(shù)課程設(shè)計--- 方波三角波信號發(fā)生器 　　

1、<p>　　電 子 線 路 課 程 </p><p><b>　　設(shè) 計 報 告 書</b></p><p>　　題 目 　　 方波三角波信號發(fā)生器 　　 </p><p>　　專業(yè)班級 10級自動化（1）班 </p><p>　　學(xué)　　號

2、 　 　　　 </p><p>　　學(xué)生姓名 　　　 　　 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　三角波方波信號發(fā)生器</p><p><b>　　前言</b></p><p&g

3、t;　　函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動產(chǎn)生正弦波、三角波、方波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。電路形式可以采用運放及分立元器件構(gòu)成；也可以采用單片集成函數(shù)發(fā)生器。根據(jù)用途不同，用產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，本課題介紹方波——三角波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計方法。</p><p>　　產(chǎn)生方波、三角波的方案有很多種，本設(shè)計的此波形發(fā)生器由兩個LM358 集成運算放大器及其周邊電路構(gòu)成，可以發(fā)生方波、三角波。</p>

4、<p>　　波形發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛地應(yīng)用于電子電路、自動控制系統(tǒng)、和教學(xué)實驗等領(lǐng)域。本次課程設(shè)計使用的發(fā)生器可產(chǎn)生三角波、方波等多種波形，波形的周期可以用程序改變，并可根據(jù)需要選擇單極性輸出或雙極性輸出，具有線路簡單、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　前 言………………………………………………

5、……………………………………1</p><p>　　一、設(shè)計任務(wù)與要求……………………………………………………………………1</p><p>　　二、方案論證與對比……………………………………………………………………1</p><p>　　2.1 設(shè)計方案…………………………………………………………………………1</p><p>　　2.2

6、設(shè)計思路…………………………………………………………………………2</p><p>　　三、單元電路設(shè)計及參數(shù)計算…………………………………………………………2</p><p>　　3.1 單元電路設(shè)計與原理說明………………………………………………………2</p><p>　　3.2 電路參數(shù)計算……………………………………………………………………3</p&g

7、t;<p>　　四、總原理圖及元器件清單……………………………………………………………5</p><p>　　五、安裝與調(diào)試…………………………………………………………………………6</p><p>　　5.1制版………………………………………………………………………………6</p><p>　　5.2對實物電路進(jìn)行調(diào)試…………………………………………

8、…………………6</p><p>　　六、性能測試與分析……………………………………………………………………8</p><p>　　七、結(jié)論與心得…………………………………………………………………………8</p><p>　　參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………9</p><p>　　附 錄…………………

9、………………………………………………………………10</p><p><b>　　一、設(shè)計任務(wù)與要求</b></p><p>　　1、課題名稱：方波三角波發(fā)生器</p><p>　　2、元器件選擇范圍：</p><p>　　（1）集成電路： LM358；</p><p>　　（2）穩(wěn)壓二極管：12

10、V穩(wěn)壓二極管；</p><p>　　（3）電阻：1K、10K；</p><p>　?。?）電容：2200P、150P；</p><p>　　3、電源電壓不超過±12V</p><p>　　4、輸出信號波形為對稱方波和三角波</p><p><b>　　二、方案設(shè)計與論證</b></

11、p><p>　　此波形發(fā)生器由一個LM358 集成運算放大器及其周邊電路構(gòu)成，可以發(fā)生方波、三角波。</p><p>　　方波：利用輸入端的RC自激振蕩電路，反相輸入遲滯電路而形成，反饋網(wǎng)路增加一個電位器以調(diào)節(jié)占空比。正向輸入端連接一個電位器可以調(diào)節(jié)方波的頻率。輸出電路利用一個12V雙向穩(wěn)壓管接地來穩(wěn)幅。</p><p>　　三角波：以方波為輸入信號，輸入到積分電路。同

12、時為了提高三角波的負(fù)載能力并且減少方波頻率對三角波幅值的影響，將積分電路的輸出反饋給滯回比較器的輸入。通過改變方波的頻率改變?nèi)遣ǖ念l率。</p><p><b>　　2.1設(shè)計方案</b></p><p>　　2.1.1方案一 原理框圖 </p><p>　　圖 1 方波、三角波信號發(fā)生器的原理框圖</p>&

13、lt;p>　　首先由 電壓比較器產(chǎn)生方波， 然后由積分電路將方波轉(zhuǎn)化為三角</p><p><b>　　波。</b></p><p>　　2.1.2 方案二原理框 </p><p>　　圖 2 方波、三角波信號發(fā)生器的原理框圖</p><p><b>　　2.2設(shè)計思路：</b>

14、;</p><p>　　發(fā)生器的設(shè)計方法電路框圖，電壓比較器產(chǎn)生方波，最后通過積分電路形成三角波。 此電路具有良好的方波和三角波信號。但經(jīng)過積分器電路產(chǎn)生的同步三角波信號存在難度。原因是積分器電路的積分時間常數(shù)是不變的，而隨著方波信號頻率的改變，積分電路輸出的三角波幅度同時改變。</p><p>　　三、單元電路設(shè)計與參數(shù)計算</p><p>　　3.1 單元電路

15、設(shè)計與原理說明</p><p>　　3.1.1方波發(fā)生電路</p><p>　　圖 3 方波信號發(fā)生器電路圖</p><p><b>　　1.電路組成</b></p><p>　　如圖（3）電路實際上是由滯回比較器和RC充放電回路組成，其中集中運放和電阻R1，R2組成滯回比較器，電阻R和電容C構(gòu)成充放電回路，穩(wěn)壓管VD

16、z和電阻R3的作用是鉗子，將滯回比較器的輸出電壓限制在穩(wěn)壓管電壓值±Uz。</p><p><b>　　工作原理</b></p><p>　　假設(shè)t=0時的電容C上的電壓Uc=0，而滯回比較器的輸出端為高電平，即U0=+Uz。則集成運放同相輸入端的電壓為輸出電壓在電阻R1，R2在分壓的結(jié)果，即</p><p>　　U+=R1/(R1+

17、R2).Uz</p><p>　　此時輸出電壓+Uz將通過電阻R向電容C充電，使電容兩端的電壓Uc升高，而此電容上的電壓接到集成運放的反相輸入端，即U-=U+時，滯回比較器的輸出端將發(fā)生跳變，由高電平跳變?yōu)榈碗娖?，使U0=-Uz，于是集成運放同時輸入端的電壓也立即變?yōu)?lt;/p><p>　　U+=-R1/(R1+R2)Uz</p><p>　　輸出電壓變?yōu)榈碗妷汉螅?/p>

18、容C將通過R放電，Uc逐漸降低。當(dāng)電容上的電壓下降到U-=U+時，滯回比較器的輸出端將再次發(fā)生跳變，由低電平跳變?yōu)楦唠娖?，即U0=+Uz。以后又重復(fù)上述過程。如此電容反復(fù)進(jìn)行充電和放電，滯回比較器的輸出端反復(fù)地高電平和低電平之間跳變，于是產(chǎn)生了正負(fù)交替的矩形波。</p><p>　　3.1.2三角波發(fā)生電路</p><p><b>　　電路組成</b></p&g

19、t;<p>　　如圖（5）電路實際上是由集成運放A1組成滯回比較器，A2組成積分電路。滯回比較器的輸出加在積分電路的反相輸入端進(jìn)行積分，而積分電路的輸出有接到滯回比較器的同相輸入端，控制滯回比較器輸出端的狀態(tài)發(fā)生跳變。</p><p>　　圖5 三角波發(fā)生電路</p><p><b>　　工作原理</b></p><p>　　假設(shè)

20、t=0時滯回比較器輸出端為高電平，即u01=+U2，而且假設(shè)積分電容上的初始電壓為零。由于A1同相輸入端的電壓u+同時與u01和u0有關(guān)，根據(jù)疊加原理，可得：</p><p>　　則此時u+也為高電平，但當(dāng)u01=+UZ時，積分電路的輸出電壓u0將隨著時間往負(fù)方向線性增長，u+隨之減小，當(dāng)減小至u+=u-=0時，滯回比較器的輸出端將發(fā)生跳變，使u01=-Uz,同時u+將跳變成為一個負(fù)值。以后，積分電路的輸出電壓將

21、隨著時間往正方向線性增長，u+也隨之增大，當(dāng)增大至u+=u-=0時，只會比較器的輸出端再次發(fā)生跳變，使u01=+Uz，同時u+也跳變成為一個正值。然后重復(fù)以上過程，于是可得只會比較器的輸出電壓u01為矩形波，而積分電路的輸出電壓u0為三角波，波形如圖（6）所示。</p><p>　　3.2 參數(shù)計算</p><p>　　1.方波——三角波中電容C1變化（關(guān)鍵性變化之一）</p&g

22、t;<p>　　比較器A1與積分器A2的元件計算如下：</p><p>　　得Uo2m=Vcc.R1/(R2+R6)</p><p>　　即R1/(R2+R60=1/3</p><p>　　取R1=10KΩ 則 R2+R6=30KΩ， 取 R2=20KΩ</p><p>　　平衡電阻R9=R1//(R2+R6)=10

23、KΩ</p><p>　　由式子f=(R2+R6)/4R1(R3+R7)</p><p>　　即R3+R7=(R2+R6)/4R1﹒C1</p><p>　　當(dāng)0.02≤f≤20khz時 取C1=10uf 則R3+R7=1.5～1.5kΩ 取R3=1KΩ為10kΩ的電位器</p><p>　　四、總原理圖及元器件清單</p&

24、gt;<p><b>　　1．總原理圖</b></p><p><b>　　2．元件清單</b></p><p><b>　　五、安裝與調(diào)試</b></p><p><b>　　5.1 制版</b></p><p>　　5.1.1 DXP注意

25、事項</p><p>　　電路繪制的時候主要是注意各個元器件的封裝和實際買回來的元器件的管腳大小及距離相對應(yīng)，并有選擇地采用排針作為信號的輸入以及輸出和直流電源的輸入。元器件采用先手動布局。布線采用自動布局，然后在這基礎(chǔ)上手動調(diào)整布局，布線時需要設(shè)計好參數(shù)。由于做電路板的條件有限，不可能按照工廠印刷版的參數(shù)來設(shè)定。所以為了方便做板，一般線條大小為0.7mm，地線為1.5mm，過孔為0.5mm，焊盤為1.8mm。電

26、路板的長寬為：98mm×125mm。實際板子大小為：105mm×145mm，PCB板請看附錄1。</p><p>　　5.1.2 制作PCB板的流程</p><p>　　設(shè)計好原理圖sch→→改變封裝→→繪制pcb板→→布局布線→→打印pcb圖紙→→印制銅板→→腐蝕銅板→→鉆孔→→焊接元器件→→測板→→修改電路→→測試（直到符合設(shè)計要求）。</p><

27、;p>　　5.1.3 注意事項</p><p>　　（1）在測試過程中，若某項指標(biāo)偏差較大，則根據(jù)設(shè)計表調(diào)整修正相應(yīng)元器件的值。</p><p>　　（2）制作板子過程中，為了節(jié)省材料，節(jié)約資源，盡量用最少的東西完成最佳的功能。所以板子元器件布局緊密。而提高抗干擾能力，布線時盡量短，少。焊盤過孔設(shè)計合理。</p><p>　　5.2 對實物電路進(jìn)行調(diào)試<

28、/p><p>　　5.2.1電路調(diào)整與測試</p><p>　　實踐證明，新安裝的電路板往往難以達(dá)到預(yù)期的效果，這是因為我們在設(shè)計的時候不可能周全地考慮元件的誤差、器件參數(shù)的分散性、寄生參數(shù)等各種各樣的客觀因素。此外，電路板的安裝中仍存在有可能沒有查出來的錯誤。通過電路板整體測試與調(diào)整，可發(fā)現(xiàn)和糾正設(shè)計方案中的不足，并查出電路安裝中的錯誤然后采取措施加以改進(jìn)和糾正，就可以使之達(dá)到預(yù)定的技術(shù)要求

29、。</p><p>　　本次設(shè)計采用的是PCB制作電路板，步驟繁瑣，流程較為復(fù)雜。所以在電路調(diào)整與測試應(yīng)注意的問題較多，具體如下：</p><p><b>　　(1)通電前的檢查</b></p><p>　　電路安裝完畢后，必須在不通電的情況下，對電路板進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的檢查，以便糾正安裝錯誤。檢查應(yīng)特別注意：</p><p&g

30、t;　　元器件引腳之間有無短路。我們該組用PCB制作板，在檢查電路引腳間的有無短路的時候出現(xiàn)了不少的問題。首先板子在腐蝕的時候就沒有腐蝕好（這可能是板子的質(zhì)量、腐蝕時間的長短、FeCL3溶液的配置等原因）所以在用萬用表測量的時候真的是處處短路，而有的地方就是處處斷路，為了保證的電路的正確性，只有通過萬用表一條條的線路檢查是否導(dǎo)通，引腳間是否短路。所以本次設(shè)計實物的走線用導(dǎo)線和焊錫補(bǔ)了不少，同時為了避免短路很多地方用小刀刮了不少了。<

31、;/p><p>　　電源的正負(fù)、負(fù)極性有沒有接反，正、負(fù)極之間有沒有短路現(xiàn)象，電源線、地線是否接觸良好。關(guān)于電源正、負(fù)極問題主要是在本次設(shè)計中的單電源供電的導(dǎo)線插在功放電路的插座上，在此應(yīng)特別注意在測試極性的時候，應(yīng)注意紅、黑表筆不要弄反。紅表筆接正極，黑表筆接負(fù)極。該設(shè)計為了避免次問題在PCB制圖的時候?qū)⒌鼐€稍微加寬。不但滿足制圖制板的要求，而且使其極性區(qū)分明顯。</p><p>　　二極管

32、有電解電容極性有沒有接反，三極管、集成器件引腳有沒有接錯，集成電路的型號及安插方向?qū)Σ粚?，引腳連接處有無接觸不良等。在安裝的時候我們嚴(yán)格按照測量晶體管的步驟和要求進(jìn)行，用萬用表分別判斷出二極管的陽、陰極；小功率三極管的類型、B極、C極、E極；大功率三極管的類型、B極、C極、E極……。并作了相應(yīng)的標(biāo)注。</p><p><b>　　(2)通電調(diào)試</b></p><p>

33、;　　通電測試包括測試和調(diào)整兩個方面，測試是對安裝后的電路板的參數(shù)及工作狀態(tài)進(jìn)行測量，對安裝好的電路按一下方法進(jìn)行測試： </p><p>　　仔細(xì)檢查裝好的電路，確認(rèn)元件與導(dǎo)線連接無誤后連通電源。</p><p>　　在電路輸入端輸入5V電源，接上電路后看示波器是否能正常顯示波形；</p><p>　　若沒有正常顯示波形，應(yīng)該檢查電路，找出故障原因。</p

34、><p><b>　　性能測試與分析</b></p><p>　　輸出的各波形的參數(shù)范圍有些許的偏差是因為在各原件的參數(shù)選擇上有些偏差</p><p>　　三角波稍微有點失真是因為積分電路中充放電的時間不夠。</p><p><b>　　七、結(jié)論與心得</b></p><p>　

35、　為期三個星期的課程設(shè)計已經(jīng)結(jié)束，在這三星期的學(xué)習(xí)、設(shè)計、焊接過程中我感觸頗深。使我對抽象的理論有了具體的認(rèn)識。通過對函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計我掌握了常用元件的識別和測試，熟悉了常用的儀器儀表，了解了電路的連接、焊接方法，以及如何提高電路的性能等等。</p><p>　　通過對函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計，我還深刻認(rèn)識到了“理論聯(lián)系實際”的這句話的重要性與真實性。而且通過對此課程的設(shè)計，我不但知道了以前不知道的理論知識，而且

36、也鞏固了以前知道的知識。最重要的是在實踐中理解了書本上的知識，明白了學(xué)以致用的真諦。 也明白老師為什么要求我們做好這個課程設(shè)計的原因。 他是為了教會我們?nèi)绾芜\用所學(xué)的知識去解決實際的問題，提高我們的動手能力。 在整個設(shè)計到電路的焊接以及調(diào)試過程中，我個人感覺調(diào)試部分是最難的，因為你理論計算的值在實際當(dāng)中并不一</p><p>　　定是最佳參數(shù)，我們必須通過觀察效果來改變參數(shù)的數(shù)值以期達(dá)到最好。 而參數(shù)的調(diào)試是一個

37、經(jīng)驗的積累過程，沒有經(jīng)驗是不可能在短時間內(nèi)將其完成的， 而這個可能也是老師要求我們加以提高的一個重要方面吧，其次，這次課程設(shè)計提高了我的團(tuán)隊合作水平，使我們配合更加默契，體會了在接好電路后測試出波形的那種喜悅，體會到成功來自于汗水，體會到成果的來之不易。</p><p>　　在實驗過程中，我們遇到了不少的問題。比如，波形失真，甚至不出波形這樣的問題。在請教了許多同學(xué)后才完成的。</p><p&

38、gt;　　還有就是實驗中我們應(yīng)該注意安全， 特別是在特殊的地方或者使用特殊工具時，如電烙鐵，電鉆，腐蝕劑時，一定要特別注意，不讓危險事故發(fā)生。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 楊素行主編．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)．高等教育出版社，2006年7月</p><p>　　[2] 王洪艷主編．電子技術(shù)實驗指導(dǎo)書．機(jī)械與

39、電子工程學(xué)院，2010年3月</p><p>　　[3] 機(jī)電院主編．電工電子實訓(xùn)指導(dǎo)書．機(jī)械與電子工程學(xué)院，2011年9月</p><p>　　[4] 蔡杏山主編．電子電路知識實踐課堂．電子工業(yè)出版社，2011年10月</p><p>　　[5] 周潤景主編．PROTEUS 入門實用教程．機(jī)械工業(yè)出版社，2007年9月</p><p>&l

40、t;b>　　附錄1</b></p><p>　　本次關(guān)于是電路板的參數(shù)和工作狀態(tài)調(diào)整主要是在Proteus軟件上的仿真進(jìn)行的，以便提從仿真結(jié)果可以得出供調(diào)整電路的依據(jù)，經(jīng)過反復(fù)測量和調(diào)整，就可以使電路性能達(dá)到要求。如下圖：（在Proteus軟件中仿真結(jié)果與之前設(shè)計方案所要求的結(jié)果完全一樣，說明電路圖達(dá)到設(shè)計要求）</p><p>　　方波三角波仿真電路圖</p>